磁気記録ヘッド及び磁気記録装置
【課題】効果的・効率的な高周波アシスト磁気記録を可能とした磁気記録ヘッド及びこれを用いた磁気記録装置を提供する。
【解決手段】主磁極と、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の少なくともいずれかに磁界を及ぼす第３の磁性層と、を有する積層体と、を備え、前記第３の磁性層の飽和磁化が、前記第１の磁性層及び第２の磁性層の少なくともいずれかの飽和磁化より大きいことを特徴とする磁気記録ヘッドを提供する。
【解決手段】主磁極と、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の少なくともいずれかに磁界を及ぼす第３の磁性層と、を有する積層体と、を備え、前記第３の磁性層の飽和磁化が、前記第１の磁性層及び第２の磁性層の少なくともいずれかの飽和磁化より大きいことを特徴とする磁気記録ヘッドを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録ヘッド及び磁気記録装置に関し、特に高周波磁界を発生するスピントルク発振子を具備した磁気記録ヘッド及び磁気記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代においては、ＭＲ（Magneto-Resistive effect）ヘッドとＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive effect）ヘッドの実用化が引き金となって、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）の記録密度と記録容量が飛躍的な増加を示した。しかし、２０００年代に入ってから磁気記録媒体の熱揺らぎの問題が顕在化してきたために、記録密度増加のスピードが一時的に鈍化した。それでも、面内磁気記録よりも原理的に高密度記録に有利である垂直磁気記録が２００５年に実用化されたことが牽引力となって、昨今、ＨＤＤの記録密度は年率約４０％の伸びを示している。
【０００３】
また、最新の記録密度実証実験では４００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２を超えるレベルが達成されており、このまま堅調に進展すれば、２０１２年頃には記録密度１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２が実現されると予想されている。しかしながら、このような高い記録密度の実現は、垂直磁気記録方式を用いても、再び熱揺らぎの問題が顕在化するために容易ではないと考えられる。
【０００４】
この問題を解消し得る記録方式として「高周波アシスト磁気記録方式」が提案されている。高周波アシスト磁気記録方式では、記録信号周波数より十分に高い、磁気記録媒体の共鳴周波数付近の高周波磁界を局所的に印加する。この結果、磁気記録媒体が共鳴し、高周波磁界を印加された磁気記録媒体の保磁力（Ｈｃ）はもともとの保磁力の半分以下となる。このため、記録磁界に高周波磁界を重畳することにより、より高保磁力（Ｈｃ）かつ高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の磁気記録媒体への磁気記録が可能となる（例えば、特許文献１）。しかし、この特許文献１に開示された手法ではコイルにより高周波磁界を発生させており、高密度記録時に効率的に高周波磁界を印加することが困難であった。
【０００５】
そこで高周波磁界の発生手段として、スピントルク発振子を利用する手法が提案されている（例えば、特許文献２）。この特許文献２に開示された技術においては、スピントルク発振子は、発振層、中間層、スピン注入層からなる。スピン注入層から発振層へ分極したスピン電流を注入することにより、発振層の磁化を数十ＧＨｚ帯域の高周波で振動させることが提案されている。また、大きな垂直磁気異方性を持つバイアス層をＢｓ＝２．５ＴのＦｅＣｏ合金からなる発振層に積層することにより、数十ＧＨzの高周波発振と同時に３ｋＯｅの強い高周波磁界発生が実現できることが報告されている（非特許文献１）。
【特許文献１】米国特許第６０１１６６４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／００２３９３８号明細書
【非特許文献１】Ｊ.Ｚｈｕ他、ＴＭＲＣ２００７、Ｂ８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしならが、バイアス層とＦｅＣｏ合金発振層を積層すると、ＦｅＣｏ合金発振層からの交換結合による反作用によりバイアス層の磁化がＦｅＣｏ合金発振層の磁化の変動に応じて変化する不安定現象が発生する。このためにバイアス層の磁化が経時変化を生じ、発振特性も変化する。逆にＦｅＣｏ合金発振層とバイアス層との間に中間層を挿入してＦｅＣｏ合金発振層とバイアス層との交換結合を弱めると、十分な磁界をＦｅＣｏ合金発振層に付与することが困難になり、所望の高周波磁界を発生することができない。同様な課題は、スピン注入層にバイアス層を積層する場合にも存在する。すなわち、スピン注入特性に優れた高いスピン分極特性を有するＦｅＣｏ合金などのスピン注入層とバイアス層を積層すると、その交換結合磁界によりバイアス層の磁化が不安定となる。一方、中間層を介して積層するとバイアス層からの磁界が弱くなってしまう。
【０００７】
本発明は上記の状況を鑑み、発振層に十分な磁界を付与でき、且つ安定にバイアス層の磁化が存在し得るスピントルク発振子を提供して、効果的・効率的な高周波アシスト磁気記録を可能とした磁気記録ヘッド及びこれを用いた磁気記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、主磁極と、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の少なくともいずれかに磁界を及ぼす第３の磁性層と、を有する積層体と、を備え、前記第３の磁性層の飽和磁化が、前記第１の磁性層及び第２の磁性層の少なくともいずれかの飽和磁化より大きいことを特徴とする磁気記録ヘッドが提供される。
【０００９】
本発明の他の一態様によれば、主磁極と、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第１及び第２の磁性層を挟むようにその両側に設けられた第３及び第４の磁性層と、を有する積層体と、を備え、前記第３及び第４の磁性層の飽和磁化が、前記第１及び第２の磁性層の少なくといずれかの飽和磁化よりも大きいことを特徴とする磁気記録ヘッドが提供される。
【００１０】
また、本発明のさらに他の一態様によれば、磁気記録媒体と、上記のいずれかの磁気記録ヘッドと、前記磁気記録媒体と前記磁気記録ヘッドとを離間させまたは接触させた状態で対峙させながら相対的に移動可能とした可動手段と、前記磁気記録ヘッドを前記磁気記録媒体の所定記録位置に位置合せする制御手段と、前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読出しを行う信号処理手段と、を備えたことを特徴とする磁気記録装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発振層に十分な磁界を付与可能で、且つバイアス層の磁化を安定に保持可能な、スピントルク発振子を提供し、その結果、効果的・効率的な高周波アシスト磁気記録を可能とした磁気記録ヘッド及びこれを用いた磁気記録装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
本発明の高周波アシスト磁気ヘッドに関わる第１の実施の形態について、ここでは多粒子系の垂直磁気記録媒体に記録する場合を想定して、説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。 また、図２は、この磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダーを表す斜視図である。
本実施形態の磁気記録ヘッド５は、再生ヘッド部７０と、書込ヘッド部６０と、を備えている。再生ヘッド部７０は、磁気シールド層７２ａと、磁気シールド層７２ｂと、磁気シールド層７２ａと磁気シールド層７２ｂとの間に設けられた磁気再生素子７１と、を有する。
また、書込ヘッド部６０は、主磁極６１と、リターンパス（シールド）６２と、励磁コイル６３と、スピントルク発振子１１と、を有する。再生ヘッド部７０の各要素、および書込ヘッド部６０を構成する各要素は、図示しないアルミナ等の絶縁体により分離されている。磁気再生素子７１としては、ＧＭＲ素子やＴＭＲ(Tunnel Magneto-Resistive effect）素子などを利用することが可能である。また、再生分解能をあげるために、磁気再生素子７１は、２枚の磁気シールド層７２ａ、７２ｂの間に設置される。
【００１３】
この磁気記録ヘッド５は、図２に表したようにヘッドスライダー３に搭載される。ヘッドスライダー３は、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣなどからなり、磁気ディスクなどの磁気記録媒体８０の上を浮上または接触しながら相対的に運動できるように設計・加工されている。そして、ヘッドスライダー３は、空気流入側３Ａと空気流出側３Ｂとを有し、磁気記録ヘッド５、空気流出側３Ｂの側面などに配置される。
磁気記録媒体８０は、媒体基板８２とその上に設けられた磁気記録層８１とを有する。書込ヘッド部６０から印加される磁界により磁気記録層８１の磁化が所定の方向に制御され、書込みがなされる。そして、再生ヘッド部７０は、磁気記録層８１の磁化の方向を読み取る。
【００１４】
図３は、この磁気記録ヘッドに設けられるスピントルク発振子１１の概略構成を表す斜視図である。
主磁極６１及び磁気記録媒体８０の記録トラック８３の一例も示した。
【００１５】
スピントルク発振子１１は、バイアス層１１２ａ（第３の磁性層）、中間層１１３ｂ（第２の中間層）、発振層１１４（第１の磁性層）、中間層１１３ａ（第１の中間層）、スピン注入層１１６（第２の磁性層）、中間層１１３ｃ、バイアス層１１２ｂ（第４の磁性層）と、がこの順に積層された構造を有する。バイアス層１１２ａと１１２ｂは電極を兼ねることができ、電極を介してスピントルク発振子１１に駆動電流を流すことにより、発振層１１４から高周波磁界を発生させることができる。駆動電流密度は、５×１０７Ａ／ｃｍ２から１×１０９Ａ／ｃｍ２にすることが望ましく、所望の発振状態になるよう適宜調整する。
【００１６】
バイアス層１１２ａと１１２ｂが共に設けられた場合を説明したが、いずれか一方のみとしてもよい。スピン注入層１１６側のバイアス層１１２ｂのみとした場合は、スピン注入層１１６とバイアス層１１２ｂとの間の中間層１１３ｃは不要とすることができる。
【００１７】
発振層１１４は、弱い磁気異方性を持つ材料で、磁気異方性エネルギーは、Ｋｕ＜１×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３、であることが望ましい。また、飽和磁束密度は、Ｂｓ＜２．０Ｔ、であることが望ましい。材料としては、ＣｏＦｅ合金（Ｆｅ：０〜３０ａｔ％）、ＣｏＦｅ合金（Ｆｅ：０〜３０ａｔ％）／ＮｉＦｅ合金積層体またはＮｉＦｅＣｏ合金を用いることができる。Ｆｅ濃度が高くて高ＢｓのＦｅＣｏ合金に比べると、Ｂｓが低下するので単位膜厚当たりに発生する高周波磁界強度は減少するが、膜厚を厚くすることにより、全体での高周波磁界強度をＦｅＣｏ合金を用いた場合と同程度に設定することが可能となり、十分な高周波磁界強度を得ることが可能となる。発振層１１４の膜厚は、高周波磁界強度確保の観点からは厚いことが望ましいが、発振に必要な駆動電流が増大するので、最適値が存在する。発振磁性層のＢｓと膜厚の積が１０ｎｍ・Ｔから４０ｎｍ・Ｔの範囲が望ましい。厚さは、５ｎｍから２０ｎｍであることが望ましい。
【００１８】
スピン注入層１１６は、垂直磁気異方性が強い材料で、磁気異方性エネルギーは、Ｋｕ＞１×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３、であることが望ましい。材料としては、［Ｃｏ（０．２〜２ｎｍ）／Ｐｄ（０．２〜２ｎｍ）］ｎ／Ｃｏ（０．２〜２ｎｍ）または［Ｃｏ（０．２〜２ｎｍ）／Ｐｄ（０．２〜２ｎｍ）］ｎ／ＣｏＰｔの積層構造材料を用いることができる。積層回数ｎは、１乃至９とすることが望ましい。総膜厚は、１〜４０ｎｍ程度となる。また、Ｃｏ濃度の高いＣｏＦｅ合金やＣｏＦｅ合金に添加元素としてＡｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｍｎなどを含有させた材料が適用可能である。ＣｏＦｅ合金よりも飽和磁化が下がり、スピン分極率が上昇する。偏極スピン電子を生成する上で好適である。
【００１９】
中間層１１３ａとしては、Ｃｕなどのスピン透磁率の高い非磁性材料を用いることができる。これによりスピントルク発振性能を維持して発振層１１４とスピン注入層１１６の交換結合を少なくすることが可能となる。厚さは、０．２〜５ｎｍであることが望ましい。
【００２０】
バイアス層１１２ａ及び１１２ｂの飽和磁束密度Ｂｓは、発振層１１４及びスピン注入層１１６の飽和磁束密度よりも高いことを特徴とする。Ｂｓ＞２．０Ｔ、であることが望ましい。材料としては、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ合金（Ｆｅ：３０〜１００ａｔ％）、中間層１１３ｂまたは１１３ｃとの界面にはＣｏ層が存在するｈｃｐ構造のＣｏ／Ｐｄ人工格子積層膜、ｈｃｐ構造のＣｏＰｔ合金、ｈｃｐ構造のＣｏを用いることができる。膜厚は、１〜５ｎｍであることが望ましい。
【００２１】
中間層１１３ｂは、発振層１１４とバイアス層１１２ａの間の交換結合磁界を調整するための層であり、中間層１１３ｃは、スピン注入層１１６とバイアス層１１２ｂの間の交換結合磁界を調整するための層である。ともに、Ｔａなどのスピン分極情報を乱し、スピントルクトランスファーを遮断する性質の材料が望ましい。他に、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄなどを用いることができる。スピン注入層からの電子によりスピントランスファトルクを感じて、発振層の磁化が高周波で振動・発振した場合に、発振層１１４とバイアス層１１２ａの交換結合によりバイアス層１１２ａの磁化が変動するのを抑制する目的で中間層１１３ｂを設置する効果は大きい。磁気異方性が大きなスピン注入層１１６の磁化は発振層１１４に比べて動き難いので、中間層１１３ｃは省略することが可能である。高Ｂｓのバイアス層１１２ａが十分な磁化安定性、すなわち磁気異方性を有する場合には、中間層１１３ｂも除去可能である。交換結合磁界は中間層１１３ｂ及び１１３ｃの厚さにより調整することができる。厚さは、０．２〜２ｎｍが望ましい。
【００２２】
図４及び図５は、図３に示したスピントルク発振子１１に補助バイアス層１１１または１１７（第５の磁性層）を積層した場合のスピントルク発振子１１の積層体構造を示す模式図である。
補助バイアス層１１１が、バイアス層１１２ａにさらに積層され、補助バイアス層１１７が、バイアス層１１２ｂにさらに積層されている。
【００２３】
補助バイアス層１１１及び１１７は、バイアス層１１２ａ及び１１２ｂより強い磁気異方性エネルギーを有することを特徴とし、Ｋｕ＞１×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３であることが望ましい。
【００２４】
材料としては、ＦｅＰｔ合金、ＣｏＳｍ合金、ＣｏＰｔ合金などを用いることができる。また、［Ｃｏ／Ｐｄ］ｎの積層膜を用いることができる。この場合、Ｃｏの膜厚により磁気異方性を制御することが可能となる。さらに、微粒子状のＣｏＣｒＰｔＯ酸化物も適用可能で、強い磁気異方性を得ることができる。厚さは、５〜４０ｎｍとすることが望ましい。
【００２５】
補助バイアス層１１１とバイアス層１１２ａの組み合わせ、または補助バイアス層１１７とバイアス層１１２ｂの組み合わせにより、高飽和磁束密度を生む高飽和磁化を有し且つ高保磁力を生む高い磁気異方性エネルギーを有するバイアス層を得ることが可能となる。これにより、従来のＢｓが小さなバイアス層では実現困難であった高強度のバイアス磁界を発振層１１４に付与でき、且つ主磁極６１からの磁界などの影響によりバイアス層の磁化方向が乱れることを抑制できる。その結果、発振層１１４にかかる有効磁界を高く保持しつつ、安定な発振特性を得ることが可能となる。
【００２６】
従って、本発明の実施の形態によれば、高飽和磁束密度を示すバイアス層１１２ａにより発振層１１４に加わる高強度のバイアス磁界で高周波磁界を発生し、磁気異方性の高い補助バイアス層１１１によりバイアス層の磁化を安定化させることができ、その結果、発振層１１４に安定な高周波磁界を発生させ、安定な高周波アシスト磁気記録を可能とした磁気記録ヘッドを供給することが可能となる。
本実施形態では、補助バイアス層１１１が発振層１１４側のバイアス層１１２ａに積層された場合と、補助バイアス層１１７がスピン注入層１１６側のバイアス層１１２ｂに積層された場合をそれぞれ説明したが、補助バイアス層１１１と１１７の双方が積層されていてもよい。
【００２７】
図３乃至図５で説明した構成では、図１に示したシールド６２を用いていない。シールドを用いない場合には、主磁極６１からスピントルク発振子１１へかかる磁界が抑制され、バイアス層の磁化が安定化することにより、発振周波数の乱れが小さくなるという利点がある。
一方、主磁極６１からの磁界を吸い込むシールド６２を設けることは、斜め磁界を発生させ、媒体の磁化反転を容易にするという利点を有する。
図６は、本実施の形態に係るスピントルク発振子１１にシールド６２を設けた場合の概略構成を表す斜視図である。
【００２８】
主磁極６１とシールド６２間の距離や、主磁極６１の形状を調整することにより、スピントルク発振子１１への印加磁界の最適化が可能である。また、主磁極６１とシールド６２の距離が遠いと主磁極からの磁界は媒体内で垂直方向となるが、この距離を近づけることにより、媒体内で垂直方向に対し斜めの磁界が生じることとなり、低い磁界で媒体の磁化を反転し易くすることが可能となる。
【００２９】
スピントルク発振子１１は、主磁極６１のトレーリング側、もしくはリーディング側のどちらにも設けることが可能である。これは主磁極６１による記録磁界のみでは媒体磁化は反転せず、スピントルク発振子１１による高周波磁界と、主磁極６１による記録磁界とが重畳した領域でのみ、媒体磁化が反転するためである。
【００３０】
本実施形態では、主磁極６１のリーディング側にシールド６２が設置され、主磁極６１とシールド６２との間にスピントルク発振子１１が設置されている。主磁極６１とシールド６２の側面と、スピントルク発振子１１の積層方向は垂直であり、スピン注入層１１６及び発振層１１４は、積層方向と平行である主磁極６１からシールド６２へ向かう方向、もしくは、逆方向に磁化している。
【００３１】
スピントルク発振子１１の積層体は、シールド６２側から、補助バイアス層１１１、バイアス層１１２ａ、中間層１１３ｂ、発振層１１４、中間層１１３、スピン注入層１１６、バイアス層１１２ｂ、補助バイアス層１１７の順に積層された例を示している。スピン注入層１１６とバイアス層１１２ｂの間の中間層１１３ｃは省略してある。
【００３２】
主磁極６１とは反対側にシールド６２を設けて、スピントルク発振子１１を主磁極６１とシールド６２の間に配置することにより、媒体対向面垂直方向から傾いた記録磁界を高周波磁界と重畳することが可能となり、より高保磁力の媒体への記録が可能となる。
【００３３】
図７は、比較例に係るスピントルク発振子１１の積層体構造を示す模式図である。
図７（ａ）は、バイアス層１１２ａと発振層１１４を積層した場合を示す。バイアス層１１２ａとの交換結合磁界が発振層１１４に加わり、発振層１１４の有効磁界は高くなるが、スピン注入層１１６からのスピントルクにより発振層１１４の磁化が変動すると、バイアス層１１２ａの磁化が変動してしまう。
【００３４】
また、図７（ｂ）に示すように、バイアス層の磁化が変動しないように、結合磁界を弱めるため中間層１１３ｂを挿入すると、従来は高Ｋｕを優先してＢｓを犠牲にしたバイアス層を用いていたので発振層１１４にかかる有効磁界が小さくなり、発振周波数が低くなってしまう。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００３６】
図８及び図９は、本発明の第２の実施の形態に係るスピントルク発振子１１の積層体構造を示す模式図である。
図８では、バイアス層１１２ａ及び１１２ｂの膜面積が、発振層１１４またはスピン注入層１１６の膜面積よりも大きくなっている。
また、図９では、補助バイアス層１１１及び１１７の膜面積が、発振層１１４またはスピン注入層１１６の膜面積よりも大きくなっている。
【００３７】
磁界発生部分のみを高Ｂｓとし、他の部分は面積を広げることにより安定な発振特性を得ることができる。
ここで、バイアス層と補助バイアス層は、一対で膜面積が大きい場合を示したが、片側のみ膜面積が大きくてもよい。
【００３８】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図９は、本発明の第３の実施の形態に係るスピントルク発振子１１の積層体構造を示す模式図である。
【００３９】
バイアス層１１２ａ及び１１２ｂは電極を兼ねることを特徴とし、特に、媒体対向面と離れる方向に長い形状となっている。このようにすることにより、バイアス層１１２ａ及び１１２ｂが電極を兼ねることが容易となる。ここで、電極と兼ねるのは、補助バイアス層１１１及び１１７であってもよい。電極と兼用したバイアス層１１２ａと１１２ｂまたは補助バイアス層１１１と１１７を介して、スピントルク発振子１１に所定の値の駆動電流を流すことにより、スピントルク発振子１１から十分な強度の高周波磁界を記録媒体８０に付与することが可能となり、また、スピントルク発振子１１と隣接する主磁極６１から、記録磁界を高周波磁界と合わせて付与することにより、高周波磁界無しでは困難であった高保磁力媒体への記録が可能となる。
ここで、バイアス層と補助バイアス層が一対で設けられた場合を説明したが、バイアス層と補助バイアス層は必ずしも一対で設けられている必要はなく、例えば、バイアス層１１２ａと補助バイアス層１１７、或いは補助バイアス層１１１とバイアス層１１２ｂが設けられ、一対の電極として兼ねてもよい。
【００４０】
次に、本発明の実施の形態に係る磁気記録装置について説明する。すなわち、図１〜図６及び図８〜図１０に関して説明した本発明の磁気記録ヘッド５は、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【００４１】
図１１は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
すなわち、本発明の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、記録用媒体ディスク１８０は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク１８０を備えたものとしてもよい。
【００４２】
媒体ディスク１８０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダー３は、図２に関して前述したような構成を有し、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダー３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気記録ヘッドをその先端付近に搭載している。
【００４３】
媒体ディスク１８０が回転すると、ヘッドスライダー３の媒体対向面１００（ＡＢＳ）は媒体ディスク１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダーが媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【００４４】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【００４５】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【００４６】
図１２は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリ１６０をディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
【００４７】
サスペンション１５４の先端には、図１〜図６及び図８〜図１０に関して前述した、いずれかの磁気記録ヘッド５を具備するヘッドスライダー３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダー３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【００４８】
本発明によれば、図１〜図６及び図８〜図１０に関して前述したような磁気記録ヘッドを具備することにより、従来よりも高い記録密度で垂直磁気記録型の媒体ディスク１８０に情報を確実に記録することが可能となる。なお、効果的な高周波アシスト記録を行うためには、使用する媒体ディスク１８０の共鳴周波数とスピン発振子１１の発振周波数とをほぼ等しくすることが望ましい。
【００４９】
図１３は、本実施形態において用いることができる磁気記録媒体を例示する模式図である。
すなわち、本実施形態の磁気記録媒体１は、非磁性体（あるいは空気）８７により互いに分離された垂直配向した多粒子系の磁性ディスクリートトラック８６を有する。この媒体１がスピンドルモータ４により回転され、媒体走行方向８５に向けて移動する際に、図１〜図６及び図８〜図１０に関して前述した磁気記録ヘッド５により、記録磁化８４を形成することができる。
【００５０】
スピントルク発振子１１の記録トラック幅方向の幅（ＴＳ）を記録トラック８６の幅（ＴＷ）以上で、且つ記録トラックピッチ（ＴＰ）以下とすることによって、スピントルク発振子１１から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力低下を大幅に抑制することができる。このため、本具体例の磁気記録媒体１では、記録したい記録トラック８６のみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。
【００５１】
本実施形態によれば、いわゆる「べた膜状」の多粒子系垂直媒体を用いるよりも、狭トラックすなわち高トラック密度の高周波アシスト記録装置を実現することが容易になる。また、高周波磁界アシスト記録方式を利用し、さらに従来の磁気記録ヘッドでは書き込み不可能なＦｅＰｔやＳｍＣｏ等の高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の媒体磁性材料を用いることによって、媒体磁性粒子をナノメートルのサイズまでさらに微細化することが可能となり、記録トラック方向（ビット方向）においても、従来より遥かに線記録密度の高い磁気記録装置を実現することができる。
【００５２】
図１４は、本実施形態において用いることができるもうひとつの磁気記録媒体を例示する模式図である。
すなわち、本具体例の磁気記録媒体１は、非磁性体８７により互いに分離された磁性ディスクリートビット８８を有する。この媒体１がスピンドルモータ４により回転され、媒体走行方向８５に向けて移動する際に、図１〜図６及び図８〜図１０に関して前述した磁気記録ヘッド５により、記録磁化８４を形成することができる。
【００５３】
本発明によれば、図１３及び図１４に表したように、ディスクリート型の磁気記録媒体１において、高い保磁力を有する記録層に対しても確実に記録することができ、高密度且つ高速の磁気記録が可能となる。
【００５４】
この具体例においても、スピントルク発振子１１の記録トラック幅方向の幅（ＴＳ）を記録トラック８６の幅（ＴＷ）以上で、且つ記録トラックピッチ（ＴＰ）以下とすることによって、スピントルク発振子１１から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力低下を大幅に抑制することができるため、記録したい記録トラック８６のみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。本実施例を用いれば、使用環境下での熱揺らぎ耐性を維持できる限りは、磁性ディスクリートビット８８の高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）化と微細化を進めることで、１０Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２以上の高い記録密度の高周波磁界アシスト記録装置を実現できる可能性がある。
【００５５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、上述した各具体例に限定されるものではない。例えば、図１〜図６及び図８〜図１４に関して前述した各具体例のいずれか２つあるいはそれ以上を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の範囲に包含される。
すなわち、本発明は各具体例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能であり、これらすべては本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。
【図２】磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダーを表す斜視図である。
【図３】磁気記録ヘッドに設けられるスピントルク発振子１１の概略構成を表す斜視図である。
【図４】図３に示したスピントルク発振子１１に補助バイアス層１１１を積層した場合の積層体構造を例示する模式図である。
【図５】図３に示したスピントルク発振子１１に補助バイアス層１１７を積層した場合の積層体構造を例示する模式図である。
【図６】本実施形態に係るスピントルク発振子１１にシールド６２を設けた場合の概略構成を表す斜視図である。
【図７】比較例によるスピントルク発振子の積層体構造を例示する模式図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るスピントルク発振子１１の積層体構造を例示する模式図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るスピントルク発振子１１の積層体構造を例示する模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係るスピントルク発振子１１の積層体構造を例示する模式図である。
【図１１】磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【図１２】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。
【図１３】本実施形態において用いることができる磁気記録媒体を例示する模式図である。
【図１４】本実施形態において用いることができるもうひとつの磁気記録媒体を例示する模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 磁気記録媒体、 ３ ヘッドスライダー、 ３Ａ 空気流入側、 ３Ｂ 空気流出側、 ４ スピンドルモータ、 ５ 磁気記録ヘッド、 １１ スピントルク発振子、 ６０ 書込みヘッド部、 ６１ 主磁極、 ６２ シールド、 ６３ 励磁コイル、 ７０ 再生ヘッド部、 ７１ 磁気再生素子、 ８０ 磁気記録媒体、 ８１ 磁気記録層、 ８２ 媒体基板、 ８３ 記録トラック、 ８４ 磁化、 ８５ 媒体移動方向、 ８６ 磁性ディスクリートトラック、 ８７ 非磁性体、 ８８ 磁性ディスクリートビット、 １００ 媒体対向面、 １１１、１１７ 補助バイアス層、 １１２ａ、１１２ｂ バイアス層、 １１３ａ、１１３ｂ 中間層、 １１４ 発振層、 １１６ スピン注入層、 １５０ 磁気記録再生装置、 １６０ 磁気ヘッドアセンブリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録ヘッド及び磁気記録装置に関し、特に高周波磁界を発生するスピントルク発振子を具備した磁気記録ヘッド及び磁気記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代においては、ＭＲ（Magneto-Resistive effect）ヘッドとＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive effect）ヘッドの実用化が引き金となって、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）の記録密度と記録容量が飛躍的な増加を示した。しかし、２０００年代に入ってから磁気記録媒体の熱揺らぎの問題が顕在化してきたために、記録密度増加のスピードが一時的に鈍化した。それでも、面内磁気記録よりも原理的に高密度記録に有利である垂直磁気記録が２００５年に実用化されたことが牽引力となって、昨今、ＨＤＤの記録密度は年率約４０％の伸びを示している。
【０００３】
また、最新の記録密度実証実験では４００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２を超えるレベルが達成されており、このまま堅調に進展すれば、２０１２年頃には記録密度１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２が実現されると予想されている。しかしながら、このような高い記録密度の実現は、垂直磁気記録方式を用いても、再び熱揺らぎの問題が顕在化するために容易ではないと考えられる。
【０００４】
この問題を解消し得る記録方式として「高周波アシスト磁気記録方式」が提案されている。高周波アシスト磁気記録方式では、記録信号周波数より十分に高い、磁気記録媒体の共鳴周波数付近の高周波磁界を局所的に印加する。この結果、磁気記録媒体が共鳴し、高周波磁界を印加された磁気記録媒体の保磁力（Ｈｃ）はもともとの保磁力の半分以下となる。このため、記録磁界に高周波磁界を重畳することにより、より高保磁力（Ｈｃ）かつ高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の磁気記録媒体への磁気記録が可能となる（例えば、特許文献１）。しかし、この特許文献１に開示された手法ではコイルにより高周波磁界を発生させており、高密度記録時に効率的に高周波磁界を印加することが困難であった。
【０００５】
そこで高周波磁界の発生手段として、スピントルク発振子を利用する手法が提案されている（例えば、特許文献２）。この特許文献２に開示された技術においては、スピントルク発振子は、発振層、中間層、スピン注入層からなる。スピン注入層から発振層へ分極したスピン電流を注入することにより、発振層の磁化を数十ＧＨｚ帯域の高周波で振動させることが提案されている。また、大きな垂直磁気異方性を持つバイアス層をＢｓ＝２．５ＴのＦｅＣｏ合金からなる発振層に積層することにより、数十ＧＨzの高周波発振と同時に３ｋＯｅの強い高周波磁界発生が実現できることが報告されている（非特許文献１）。
【特許文献１】米国特許第６０１１６６４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／００２３９３８号明細書
【非特許文献１】Ｊ.Ｚｈｕ他、ＴＭＲＣ２００７、Ｂ８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしならが、バイアス層とＦｅＣｏ合金発振層を積層すると、ＦｅＣｏ合金発振層からの交換結合による反作用によりバイアス層の磁化がＦｅＣｏ合金発振層の磁化の変動に応じて変化する不安定現象が発生する。このためにバイアス層の磁化が経時変化を生じ、発振特性も変化する。逆にＦｅＣｏ合金発振層とバイアス層との間に中間層を挿入してＦｅＣｏ合金発振層とバイアス層との交換結合を弱めると、十分な磁界をＦｅＣｏ合金発振層に付与することが困難になり、所望の高周波磁界を発生することができない。同様な課題は、スピン注入層にバイアス層を積層する場合にも存在する。すなわち、スピン注入特性に優れた高いスピン分極特性を有するＦｅＣｏ合金などのスピン注入層とバイアス層を積層すると、その交換結合磁界によりバイアス層の磁化が不安定となる。一方、中間層を介して積層するとバイアス層からの磁界が弱くなってしまう。
【０００７】
本発明は上記の状況を鑑み、発振層に十分な磁界を付与でき、且つ安定にバイアス層の磁化が存在し得るスピントルク発振子を提供して、効果的・効率的な高周波アシスト磁気記録を可能とした磁気記録ヘッド及びこれを用いた磁気記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、主磁極と、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の少なくともいずれかに磁界を及ぼす第３の磁性層と、を有する積層体と、を備え、前記第３の磁性層の飽和磁化が、前記第１の磁性層及び第２の磁性層の少なくともいずれかの飽和磁化より大きいことを特徴とする磁気記録ヘッドが提供される。
【０００９】
本発明の他の一態様によれば、主磁極と、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第１及び第２の磁性層を挟むようにその両側に設けられた第３及び第４の磁性層と、を有する積層体と、を備え、前記第３及び第４の磁性層の飽和磁化が、前記第１及び第２の磁性層の少なくといずれかの飽和磁化よりも大きいことを特徴とする磁気記録ヘッドが提供される。
【００１０】
また、本発明のさらに他の一態様によれば、磁気記録媒体と、上記のいずれかの磁気記録ヘッドと、前記磁気記録媒体と前記磁気記録ヘッドとを離間させまたは接触させた状態で対峙させながら相対的に移動可能とした可動手段と、前記磁気記録ヘッドを前記磁気記録媒体の所定記録位置に位置合せする制御手段と、前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読出しを行う信号処理手段と、を備えたことを特徴とする磁気記録装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発振層に十分な磁界を付与可能で、且つバイアス層の磁化を安定に保持可能な、スピントルク発振子を提供し、その結果、効果的・効率的な高周波アシスト磁気記録を可能とした磁気記録ヘッド及びこれを用いた磁気記録装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
本発明の高周波アシスト磁気ヘッドに関わる第１の実施の形態について、ここでは多粒子系の垂直磁気記録媒体に記録する場合を想定して、説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。 また、図２は、この磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダーを表す斜視図である。
本実施形態の磁気記録ヘッド５は、再生ヘッド部７０と、書込ヘッド部６０と、を備えている。再生ヘッド部７０は、磁気シールド層７２ａと、磁気シールド層７２ｂと、磁気シールド層７２ａと磁気シールド層７２ｂとの間に設けられた磁気再生素子７１と、を有する。
また、書込ヘッド部６０は、主磁極６１と、リターンパス（シールド）６２と、励磁コイル６３と、スピントルク発振子１１と、を有する。再生ヘッド部７０の各要素、および書込ヘッド部６０を構成する各要素は、図示しないアルミナ等の絶縁体により分離されている。磁気再生素子７１としては、ＧＭＲ素子やＴＭＲ(Tunnel Magneto-Resistive effect）素子などを利用することが可能である。また、再生分解能をあげるために、磁気再生素子７１は、２枚の磁気シールド層７２ａ、７２ｂの間に設置される。
【００１３】
この磁気記録ヘッド５は、図２に表したようにヘッドスライダー３に搭載される。ヘッドスライダー３は、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣなどからなり、磁気ディスクなどの磁気記録媒体８０の上を浮上または接触しながら相対的に運動できるように設計・加工されている。そして、ヘッドスライダー３は、空気流入側３Ａと空気流出側３Ｂとを有し、磁気記録ヘッド５、空気流出側３Ｂの側面などに配置される。
磁気記録媒体８０は、媒体基板８２とその上に設けられた磁気記録層８１とを有する。書込ヘッド部６０から印加される磁界により磁気記録層８１の磁化が所定の方向に制御され、書込みがなされる。そして、再生ヘッド部７０は、磁気記録層８１の磁化の方向を読み取る。
【００１４】
図３は、この磁気記録ヘッドに設けられるスピントルク発振子１１の概略構成を表す斜視図である。
主磁極６１及び磁気記録媒体８０の記録トラック８３の一例も示した。
【００１５】
スピントルク発振子１１は、バイアス層１１２ａ（第３の磁性層）、中間層１１３ｂ（第２の中間層）、発振層１１４（第１の磁性層）、中間層１１３ａ（第１の中間層）、スピン注入層１１６（第２の磁性層）、中間層１１３ｃ、バイアス層１１２ｂ（第４の磁性層）と、がこの順に積層された構造を有する。バイアス層１１２ａと１１２ｂは電極を兼ねることができ、電極を介してスピントルク発振子１１に駆動電流を流すことにより、発振層１１４から高周波磁界を発生させることができる。駆動電流密度は、５×１０７Ａ／ｃｍ２から１×１０９Ａ／ｃｍ２にすることが望ましく、所望の発振状態になるよう適宜調整する。
【００１６】
バイアス層１１２ａと１１２ｂが共に設けられた場合を説明したが、いずれか一方のみとしてもよい。スピン注入層１１６側のバイアス層１１２ｂのみとした場合は、スピン注入層１１６とバイアス層１１２ｂとの間の中間層１１３ｃは不要とすることができる。
【００１７】
発振層１１４は、弱い磁気異方性を持つ材料で、磁気異方性エネルギーは、Ｋｕ＜１×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３、であることが望ましい。また、飽和磁束密度は、Ｂｓ＜２．０Ｔ、であることが望ましい。材料としては、ＣｏＦｅ合金（Ｆｅ：０〜３０ａｔ％）、ＣｏＦｅ合金（Ｆｅ：０〜３０ａｔ％）／ＮｉＦｅ合金積層体またはＮｉＦｅＣｏ合金を用いることができる。Ｆｅ濃度が高くて高ＢｓのＦｅＣｏ合金に比べると、Ｂｓが低下するので単位膜厚当たりに発生する高周波磁界強度は減少するが、膜厚を厚くすることにより、全体での高周波磁界強度をＦｅＣｏ合金を用いた場合と同程度に設定することが可能となり、十分な高周波磁界強度を得ることが可能となる。発振層１１４の膜厚は、高周波磁界強度確保の観点からは厚いことが望ましいが、発振に必要な駆動電流が増大するので、最適値が存在する。発振磁性層のＢｓと膜厚の積が１０ｎｍ・Ｔから４０ｎｍ・Ｔの範囲が望ましい。厚さは、５ｎｍから２０ｎｍであることが望ましい。
【００１８】
スピン注入層１１６は、垂直磁気異方性が強い材料で、磁気異方性エネルギーは、Ｋｕ＞１×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３、であることが望ましい。材料としては、［Ｃｏ（０．２〜２ｎｍ）／Ｐｄ（０．２〜２ｎｍ）］ｎ／Ｃｏ（０．２〜２ｎｍ）または［Ｃｏ（０．２〜２ｎｍ）／Ｐｄ（０．２〜２ｎｍ）］ｎ／ＣｏＰｔの積層構造材料を用いることができる。積層回数ｎは、１乃至９とすることが望ましい。総膜厚は、１〜４０ｎｍ程度となる。また、Ｃｏ濃度の高いＣｏＦｅ合金やＣｏＦｅ合金に添加元素としてＡｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｍｎなどを含有させた材料が適用可能である。ＣｏＦｅ合金よりも飽和磁化が下がり、スピン分極率が上昇する。偏極スピン電子を生成する上で好適である。
【００１９】
中間層１１３ａとしては、Ｃｕなどのスピン透磁率の高い非磁性材料を用いることができる。これによりスピントルク発振性能を維持して発振層１１４とスピン注入層１１６の交換結合を少なくすることが可能となる。厚さは、０．２〜５ｎｍであることが望ましい。
【００２０】
バイアス層１１２ａ及び１１２ｂの飽和磁束密度Ｂｓは、発振層１１４及びスピン注入層１１６の飽和磁束密度よりも高いことを特徴とする。Ｂｓ＞２．０Ｔ、であることが望ましい。材料としては、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ合金（Ｆｅ：３０〜１００ａｔ％）、中間層１１３ｂまたは１１３ｃとの界面にはＣｏ層が存在するｈｃｐ構造のＣｏ／Ｐｄ人工格子積層膜、ｈｃｐ構造のＣｏＰｔ合金、ｈｃｐ構造のＣｏを用いることができる。膜厚は、１〜５ｎｍであることが望ましい。
【００２１】
中間層１１３ｂは、発振層１１４とバイアス層１１２ａの間の交換結合磁界を調整するための層であり、中間層１１３ｃは、スピン注入層１１６とバイアス層１１２ｂの間の交換結合磁界を調整するための層である。ともに、Ｔａなどのスピン分極情報を乱し、スピントルクトランスファーを遮断する性質の材料が望ましい。他に、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄなどを用いることができる。スピン注入層からの電子によりスピントランスファトルクを感じて、発振層の磁化が高周波で振動・発振した場合に、発振層１１４とバイアス層１１２ａの交換結合によりバイアス層１１２ａの磁化が変動するのを抑制する目的で中間層１１３ｂを設置する効果は大きい。磁気異方性が大きなスピン注入層１１６の磁化は発振層１１４に比べて動き難いので、中間層１１３ｃは省略することが可能である。高Ｂｓのバイアス層１１２ａが十分な磁化安定性、すなわち磁気異方性を有する場合には、中間層１１３ｂも除去可能である。交換結合磁界は中間層１１３ｂ及び１１３ｃの厚さにより調整することができる。厚さは、０．２〜２ｎｍが望ましい。
【００２２】
図４及び図５は、図３に示したスピントルク発振子１１に補助バイアス層１１１または１１７（第５の磁性層）を積層した場合のスピントルク発振子１１の積層体構造を示す模式図である。
補助バイアス層１１１が、バイアス層１１２ａにさらに積層され、補助バイアス層１１７が、バイアス層１１２ｂにさらに積層されている。
【００２３】
補助バイアス層１１１及び１１７は、バイアス層１１２ａ及び１１２ｂより強い磁気異方性エネルギーを有することを特徴とし、Ｋｕ＞１×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３であることが望ましい。
【００２４】
材料としては、ＦｅＰｔ合金、ＣｏＳｍ合金、ＣｏＰｔ合金などを用いることができる。また、［Ｃｏ／Ｐｄ］ｎの積層膜を用いることができる。この場合、Ｃｏの膜厚により磁気異方性を制御することが可能となる。さらに、微粒子状のＣｏＣｒＰｔＯ酸化物も適用可能で、強い磁気異方性を得ることができる。厚さは、５〜４０ｎｍとすることが望ましい。
【００２５】
補助バイアス層１１１とバイアス層１１２ａの組み合わせ、または補助バイアス層１１７とバイアス層１１２ｂの組み合わせにより、高飽和磁束密度を生む高飽和磁化を有し且つ高保磁力を生む高い磁気異方性エネルギーを有するバイアス層を得ることが可能となる。これにより、従来のＢｓが小さなバイアス層では実現困難であった高強度のバイアス磁界を発振層１１４に付与でき、且つ主磁極６１からの磁界などの影響によりバイアス層の磁化方向が乱れることを抑制できる。その結果、発振層１１４にかかる有効磁界を高く保持しつつ、安定な発振特性を得ることが可能となる。
【００２６】
従って、本発明の実施の形態によれば、高飽和磁束密度を示すバイアス層１１２ａにより発振層１１４に加わる高強度のバイアス磁界で高周波磁界を発生し、磁気異方性の高い補助バイアス層１１１によりバイアス層の磁化を安定化させることができ、その結果、発振層１１４に安定な高周波磁界を発生させ、安定な高周波アシスト磁気記録を可能とした磁気記録ヘッドを供給することが可能となる。
本実施形態では、補助バイアス層１１１が発振層１１４側のバイアス層１１２ａに積層された場合と、補助バイアス層１１７がスピン注入層１１６側のバイアス層１１２ｂに積層された場合をそれぞれ説明したが、補助バイアス層１１１と１１７の双方が積層されていてもよい。
【００２７】
図３乃至図５で説明した構成では、図１に示したシールド６２を用いていない。シールドを用いない場合には、主磁極６１からスピントルク発振子１１へかかる磁界が抑制され、バイアス層の磁化が安定化することにより、発振周波数の乱れが小さくなるという利点がある。
一方、主磁極６１からの磁界を吸い込むシールド６２を設けることは、斜め磁界を発生させ、媒体の磁化反転を容易にするという利点を有する。
図６は、本実施の形態に係るスピントルク発振子１１にシールド６２を設けた場合の概略構成を表す斜視図である。
【００２８】
主磁極６１とシールド６２間の距離や、主磁極６１の形状を調整することにより、スピントルク発振子１１への印加磁界の最適化が可能である。また、主磁極６１とシールド６２の距離が遠いと主磁極からの磁界は媒体内で垂直方向となるが、この距離を近づけることにより、媒体内で垂直方向に対し斜めの磁界が生じることとなり、低い磁界で媒体の磁化を反転し易くすることが可能となる。
【００２９】
スピントルク発振子１１は、主磁極６１のトレーリング側、もしくはリーディング側のどちらにも設けることが可能である。これは主磁極６１による記録磁界のみでは媒体磁化は反転せず、スピントルク発振子１１による高周波磁界と、主磁極６１による記録磁界とが重畳した領域でのみ、媒体磁化が反転するためである。
【００３０】
本実施形態では、主磁極６１のリーディング側にシールド６２が設置され、主磁極６１とシールド６２との間にスピントルク発振子１１が設置されている。主磁極６１とシールド６２の側面と、スピントルク発振子１１の積層方向は垂直であり、スピン注入層１１６及び発振層１１４は、積層方向と平行である主磁極６１からシールド６２へ向かう方向、もしくは、逆方向に磁化している。
【００３１】
スピントルク発振子１１の積層体は、シールド６２側から、補助バイアス層１１１、バイアス層１１２ａ、中間層１１３ｂ、発振層１１４、中間層１１３、スピン注入層１１６、バイアス層１１２ｂ、補助バイアス層１１７の順に積層された例を示している。スピン注入層１１６とバイアス層１１２ｂの間の中間層１１３ｃは省略してある。
【００３２】
主磁極６１とは反対側にシールド６２を設けて、スピントルク発振子１１を主磁極６１とシールド６２の間に配置することにより、媒体対向面垂直方向から傾いた記録磁界を高周波磁界と重畳することが可能となり、より高保磁力の媒体への記録が可能となる。
【００３３】
図７は、比較例に係るスピントルク発振子１１の積層体構造を示す模式図である。
図７（ａ）は、バイアス層１１２ａと発振層１１４を積層した場合を示す。バイアス層１１２ａとの交換結合磁界が発振層１１４に加わり、発振層１１４の有効磁界は高くなるが、スピン注入層１１６からのスピントルクにより発振層１１４の磁化が変動すると、バイアス層１１２ａの磁化が変動してしまう。
【００３４】
また、図７（ｂ）に示すように、バイアス層の磁化が変動しないように、結合磁界を弱めるため中間層１１３ｂを挿入すると、従来は高Ｋｕを優先してＢｓを犠牲にしたバイアス層を用いていたので発振層１１４にかかる有効磁界が小さくなり、発振周波数が低くなってしまう。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００３６】
図８及び図９は、本発明の第２の実施の形態に係るスピントルク発振子１１の積層体構造を示す模式図である。
図８では、バイアス層１１２ａ及び１１２ｂの膜面積が、発振層１１４またはスピン注入層１１６の膜面積よりも大きくなっている。
また、図９では、補助バイアス層１１１及び１１７の膜面積が、発振層１１４またはスピン注入層１１６の膜面積よりも大きくなっている。
【００３７】
磁界発生部分のみを高Ｂｓとし、他の部分は面積を広げることにより安定な発振特性を得ることができる。
ここで、バイアス層と補助バイアス層は、一対で膜面積が大きい場合を示したが、片側のみ膜面積が大きくてもよい。
【００３８】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図９は、本発明の第３の実施の形態に係るスピントルク発振子１１の積層体構造を示す模式図である。
【００３９】
バイアス層１１２ａ及び１１２ｂは電極を兼ねることを特徴とし、特に、媒体対向面と離れる方向に長い形状となっている。このようにすることにより、バイアス層１１２ａ及び１１２ｂが電極を兼ねることが容易となる。ここで、電極と兼ねるのは、補助バイアス層１１１及び１１７であってもよい。電極と兼用したバイアス層１１２ａと１１２ｂまたは補助バイアス層１１１と１１７を介して、スピントルク発振子１１に所定の値の駆動電流を流すことにより、スピントルク発振子１１から十分な強度の高周波磁界を記録媒体８０に付与することが可能となり、また、スピントルク発振子１１と隣接する主磁極６１から、記録磁界を高周波磁界と合わせて付与することにより、高周波磁界無しでは困難であった高保磁力媒体への記録が可能となる。
ここで、バイアス層と補助バイアス層が一対で設けられた場合を説明したが、バイアス層と補助バイアス層は必ずしも一対で設けられている必要はなく、例えば、バイアス層１１２ａと補助バイアス層１１７、或いは補助バイアス層１１１とバイアス層１１２ｂが設けられ、一対の電極として兼ねてもよい。
【００４０】
次に、本発明の実施の形態に係る磁気記録装置について説明する。すなわち、図１〜図６及び図８〜図１０に関して説明した本発明の磁気記録ヘッド５は、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【００４１】
図１１は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
すなわち、本発明の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、記録用媒体ディスク１８０は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク１８０を備えたものとしてもよい。
【００４２】
媒体ディスク１８０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダー３は、図２に関して前述したような構成を有し、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダー３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気記録ヘッドをその先端付近に搭載している。
【００４３】
媒体ディスク１８０が回転すると、ヘッドスライダー３の媒体対向面１００（ＡＢＳ）は媒体ディスク１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダーが媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【００４４】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【００４５】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【００４６】
図１２は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリ１６０をディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
【００４７】
サスペンション１５４の先端には、図１〜図６及び図８〜図１０に関して前述した、いずれかの磁気記録ヘッド５を具備するヘッドスライダー３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダー３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【００４８】
本発明によれば、図１〜図６及び図８〜図１０に関して前述したような磁気記録ヘッドを具備することにより、従来よりも高い記録密度で垂直磁気記録型の媒体ディスク１８０に情報を確実に記録することが可能となる。なお、効果的な高周波アシスト記録を行うためには、使用する媒体ディスク１８０の共鳴周波数とスピン発振子１１の発振周波数とをほぼ等しくすることが望ましい。
【００４９】
図１３は、本実施形態において用いることができる磁気記録媒体を例示する模式図である。
すなわち、本実施形態の磁気記録媒体１は、非磁性体（あるいは空気）８７により互いに分離された垂直配向した多粒子系の磁性ディスクリートトラック８６を有する。この媒体１がスピンドルモータ４により回転され、媒体走行方向８５に向けて移動する際に、図１〜図６及び図８〜図１０に関して前述した磁気記録ヘッド５により、記録磁化８４を形成することができる。
【００５０】
スピントルク発振子１１の記録トラック幅方向の幅（ＴＳ）を記録トラック８６の幅（ＴＷ）以上で、且つ記録トラックピッチ（ＴＰ）以下とすることによって、スピントルク発振子１１から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力低下を大幅に抑制することができる。このため、本具体例の磁気記録媒体１では、記録したい記録トラック８６のみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。
【００５１】
本実施形態によれば、いわゆる「べた膜状」の多粒子系垂直媒体を用いるよりも、狭トラックすなわち高トラック密度の高周波アシスト記録装置を実現することが容易になる。また、高周波磁界アシスト記録方式を利用し、さらに従来の磁気記録ヘッドでは書き込み不可能なＦｅＰｔやＳｍＣｏ等の高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の媒体磁性材料を用いることによって、媒体磁性粒子をナノメートルのサイズまでさらに微細化することが可能となり、記録トラック方向（ビット方向）においても、従来より遥かに線記録密度の高い磁気記録装置を実現することができる。
【００５２】
図１４は、本実施形態において用いることができるもうひとつの磁気記録媒体を例示する模式図である。
すなわち、本具体例の磁気記録媒体１は、非磁性体８７により互いに分離された磁性ディスクリートビット８８を有する。この媒体１がスピンドルモータ４により回転され、媒体走行方向８５に向けて移動する際に、図１〜図６及び図８〜図１０に関して前述した磁気記録ヘッド５により、記録磁化８４を形成することができる。
【００５３】
本発明によれば、図１３及び図１４に表したように、ディスクリート型の磁気記録媒体１において、高い保磁力を有する記録層に対しても確実に記録することができ、高密度且つ高速の磁気記録が可能となる。
【００５４】
この具体例においても、スピントルク発振子１１の記録トラック幅方向の幅（ＴＳ）を記録トラック８６の幅（ＴＷ）以上で、且つ記録トラックピッチ（ＴＰ）以下とすることによって、スピントルク発振子１１から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力低下を大幅に抑制することができるため、記録したい記録トラック８６のみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。本実施例を用いれば、使用環境下での熱揺らぎ耐性を維持できる限りは、磁性ディスクリートビット８８の高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）化と微細化を進めることで、１０Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２以上の高い記録密度の高周波磁界アシスト記録装置を実現できる可能性がある。
【００５５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、上述した各具体例に限定されるものではない。例えば、図１〜図６及び図８〜図１４に関して前述した各具体例のいずれか２つあるいはそれ以上を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の範囲に包含される。
すなわち、本発明は各具体例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能であり、これらすべては本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの概略構成を表す斜視図である。
【図２】磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダーを表す斜視図である。
【図３】磁気記録ヘッドに設けられるスピントルク発振子１１の概略構成を表す斜視図である。
【図４】図３に示したスピントルク発振子１１に補助バイアス層１１１を積層した場合の積層体構造を例示する模式図である。
【図５】図３に示したスピントルク発振子１１に補助バイアス層１１７を積層した場合の積層体構造を例示する模式図である。
【図６】本実施形態に係るスピントルク発振子１１にシールド６２を設けた場合の概略構成を表す斜視図である。
【図７】比較例によるスピントルク発振子の積層体構造を例示する模式図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るスピントルク発振子１１の積層体構造を例示する模式図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るスピントルク発振子１１の積層体構造を例示する模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係るスピントルク発振子１１の積層体構造を例示する模式図である。
【図１１】磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【図１２】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。
【図１３】本実施形態において用いることができる磁気記録媒体を例示する模式図である。
【図１４】本実施形態において用いることができるもうひとつの磁気記録媒体を例示する模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 磁気記録媒体、 ３ ヘッドスライダー、 ３Ａ 空気流入側、 ３Ｂ 空気流出側、 ４ スピンドルモータ、 ５ 磁気記録ヘッド、 １１ スピントルク発振子、 ６０ 書込みヘッド部、 ６１ 主磁極、 ６２ シールド、 ６３ 励磁コイル、 ７０ 再生ヘッド部、 ７１ 磁気再生素子、 ８０ 磁気記録媒体、 ８１ 磁気記録層、 ８２ 媒体基板、 ８３ 記録トラック、 ８４ 磁化、 ８５ 媒体移動方向、 ８６ 磁性ディスクリートトラック、 ８７ 非磁性体、 ８８ 磁性ディスクリートビット、 １００ 媒体対向面、 １１１、１１７ 補助バイアス層、 １１２ａ、１１２ｂ バイアス層、 １１３ａ、１１３ｂ 中間層、 １１４ 発振層、 １１６ スピン注入層、 １５０ 磁気記録再生装置、 １６０ 磁気ヘッドアセンブリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主磁極と、
第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の少なくともいずれかに磁界を及ぼす第３の磁性層と、を有する積層体と、
を備え、
前記第３の磁性層の飽和磁化が、前記第１の磁性層及び第２の磁性層の少なくともいずれかの飽和磁化より大きいことを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項２】
主磁極と、
第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第１及び第２の磁性層を挟むようにその両側に設けられた第３及び第４の磁性層と、を有する積層体と、
を備え、
前記第３及び第４の磁性層の飽和磁化が、前記第１及び第２の磁性層の少なくともいずれかの飽和磁化よりも大きいことを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項３】
前記積層体は、前記第３の磁性層からみて前記第１及び第２の磁性層とは反対側に設けられ、前記第３の磁性層よりも磁気異方性の大きな第５の磁性層をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項４】
前記積層体は、前記第４の磁性層からみて前記第１及び第２の磁性層とは反対側に設けられ、前記第４の磁性層よりも磁気異方性の大きな第５の磁性層をさらに有することを特徴とする請求項２記載の磁気記録ヘッド。
【請求項５】
前記第３の磁性層の膜面積は、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の膜面積よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
【請求項６】
前記第５の磁性層の膜面積は、前記第３の磁性層の膜面積よりも大きいことを特徴とする請求項３または４に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項７】
前記第３及び第４の磁性層が、電極を兼ねることを特徴とする請求項２記載の磁気記録ヘッド。
【請求項８】
前記第５の磁性層が、電極を兼ねることを特徴とする請求項３または４に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項９】
前記主磁極との間に前記積層体を挟むように設けられたシールドをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
【請求項１０】
磁気記録媒体と、
請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッドと、
前記磁気記録媒体と前記磁気記録ヘッドとを離間させまたは接触させた状態で対峙させながら相対的に移動可能とした可動手段と、
前記磁気記録ヘッドを前記磁気記録媒体の所定記録位置に位置合せする制御手段と、
前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読出しを行う信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする磁気記録装置。
【請求項１１】
前記積層体は、前記主磁極のトレーリング側に設けられたことを特徴とする請求項１０記載の磁気記録装置。
【請求項１２】
前記積層体は、前記主磁極のリーディング側に設けられたことを特徴とする請求項１０記載の磁気記録装置。
【請求項１３】
前記磁気記録媒体は、隣接し合う記録トラック同士が非磁性部材を介して形成されたディスクリートトラック媒体であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の磁気記録装置。
【請求項１４】
前記磁気記録媒体は、非磁性部材を介して孤立した記録磁性ドットが規則的に配列形成されたディスクリートビット媒体であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の磁気記録装置。
【請求項１】
主磁極と、
第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の少なくともいずれかに磁界を及ぼす第３の磁性層と、を有する積層体と、
を備え、
前記第３の磁性層の飽和磁化が、前記第１の磁性層及び第２の磁性層の少なくともいずれかの飽和磁化より大きいことを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項２】
主磁極と、
第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた第１の中間層と、前記第１及び第２の磁性層を挟むようにその両側に設けられた第３及び第４の磁性層と、を有する積層体と、
を備え、
前記第３及び第４の磁性層の飽和磁化が、前記第１及び第２の磁性層の少なくともいずれかの飽和磁化よりも大きいことを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項３】
前記積層体は、前記第３の磁性層からみて前記第１及び第２の磁性層とは反対側に設けられ、前記第３の磁性層よりも磁気異方性の大きな第５の磁性層をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項４】
前記積層体は、前記第４の磁性層からみて前記第１及び第２の磁性層とは反対側に設けられ、前記第４の磁性層よりも磁気異方性の大きな第５の磁性層をさらに有することを特徴とする請求項２記載の磁気記録ヘッド。
【請求項５】
前記第３の磁性層の膜面積は、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の膜面積よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
【請求項６】
前記第５の磁性層の膜面積は、前記第３の磁性層の膜面積よりも大きいことを特徴とする請求項３または４に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項７】
前記第３及び第４の磁性層が、電極を兼ねることを特徴とする請求項２記載の磁気記録ヘッド。
【請求項８】
前記第５の磁性層が、電極を兼ねることを特徴とする請求項３または４に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項９】
前記主磁極との間に前記積層体を挟むように設けられたシールドをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッド。
【請求項１０】
磁気記録媒体と、
請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気記録ヘッドと、
前記磁気記録媒体と前記磁気記録ヘッドとを離間させまたは接触させた状態で対峙させながら相対的に移動可能とした可動手段と、
前記磁気記録ヘッドを前記磁気記録媒体の所定記録位置に位置合せする制御手段と、
前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読出しを行う信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする磁気記録装置。
【請求項１１】
前記積層体は、前記主磁極のトレーリング側に設けられたことを特徴とする請求項１０記載の磁気記録装置。
【請求項１２】
前記積層体は、前記主磁極のリーディング側に設けられたことを特徴とする請求項１０記載の磁気記録装置。
【請求項１３】
前記磁気記録媒体は、隣接し合う記録トラック同士が非磁性部材を介して形成されたディスクリートトラック媒体であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の磁気記録装置。
【請求項１４】
前記磁気記録媒体は、非磁性部材を介して孤立した記録磁性ドットが規則的に配列形成されたディスクリートビット媒体であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の磁気記録装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−７０４３９（Ｐ２００９−７０４３９Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３５１１４（Ｐ２００７−２３５１１４）
【出願日】平成１９年９月１１日（２００７．９．１１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１１日（２００７．９．１１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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